本发明涉及一种石油天然气钻采设备，尤其是一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞及其坐封方法。
背景技术：
桥塞是一种专门用于油气井封层的井下工具，具有施工工序少、周期短、卡封位置准确等特点。在完井试油施工中主要用于封堵废弃层位或是封堵干层、水层、气层以及异常高压层等特殊层位，为上返测试、压裂改造等工艺技术的成功实施提供保障。
随着非常规油气资源的开发，多层段压裂技术以其施工管柱简单、限制少的特点得到了广泛运用，其配套工具之一的复合桥塞更是得到了普遍使用，因为主体结构采用了复合材料，所以该桥塞能够被连续油管钻磨工具快速钻除，并且钻磨之后形成的碎屑能够随着钻井液返排出井筒，从而保证了井筒的畅通，方便后续生产管柱的下入。
然而，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
随着非常规油气资源开发的深入，特别是页岩气开发井深度的增加，水平段长度的延长，在压裂施工作业结束之后，由于连续油管长度的限制不能完成对桥塞的钻磨，并且连续油管在水平段中行进过长会出现“自锁”也影响了桥塞的钻磨作业，导致油气井无法进行后续的正常生产。现有的复合桥塞技术在运用到深井和大水平段井中时其桥塞的钻磨难度会越来越大，因此，急需开发一种不需要钻磨且不影响油气井正常生产的桥塞。
技术实现要素：
本发明的目的是：针对上述桥塞的不足，提出了一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞，该桥塞无需钻磨，与其相配合的并具有封堵作用的可溶解压裂球能够在压裂施工结束之后完全溶解，从而使桥塞中心留出大直径通道方便后续生产以及各种井下施工作业，如有钻磨的需要，也可下入钻磨工具进行钻磨，该桥塞中的上锥体、下锥体和中心管所采用的金属基复合材料可被轻易钻除。
为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞，其结构特征在于，包括：坐封拉杆、上锥体、中心管、下锥体、胶筒组件、单向整体卡瓦、引鞋头、丢手销钉和可溶性压裂球。
所述坐封拉杆的一端设置有连接螺纹，所述坐封拉杆的另一端通过所述丢手销钉与所述引鞋头连接；所述上锥体、中心管、下锥体依次套装在坐封拉杆上，上锥体与中心管的一端连接，上锥体靠近坐封拉杆螺纹端的一端设置有与所述可溶性压裂球相配合的内凹锥面，上锥体与中心管连接的一端呈锥形，下锥体与中心管的一端通过螺纹连接，下锥体的另一端与引鞋头一端连接，上锥体与下锥体之间套在中心管外有胶筒组件，引鞋头上设有抵触部，下锥体与引鞋头的抵触部之间设置有单向整体卡瓦。
进一步地，可溶性压裂球主要由铝镁合金材质或可降解高分子材料制成，前者可在含有电解质的水溶液中溶解，不溶于油类介质，而后者可在一定温度条件下自行溶解，温度越高溶解越快。
进一步地，上锥体通过上锥体剪切销钉与中心管连接，所述下锥体通过下锥体剪切销钉与引鞋头连接。
进一步地，上锥体与中心管之间设置有上棘齿环，上棘齿环匹配固定于上锥体呈锥形一端的内侧，上棘齿环内侧设置有棘齿，中心管与上锥体连接端的外部设置有与上棘齿环内侧匹配的棘齿。
进一步地，下锥体与引鞋头之间设置有下棘齿环，下棘齿环匹配固定于下锥体与单向整体卡瓦相邻一端的内侧，下棘齿环内侧设置有棘齿，引鞋头与下锥体连接端的外部设置有与下棘齿环内侧匹配的棘齿。
进一步地，坐封拉杆的一端沿径向设置有多个用于安装丢手销钉的销钉孔，引鞋头与坐封拉杆连接的一端沿径向设置有多个用于安装丢手销钉的销钉孔。
进一步地，单向整体卡瓦外表面均匀分布轴向应力集中槽，单向整体卡瓦一端设置有内凹锥面并与下锥体外锥面配合。
进一步地，胶筒组件包括上护肩、主胶筒、下护肩组成，所述上护肩一端内部设置有内凹锥面与上锥体外锥面配合接触，所述下护肩一端内部设置有内凹锥面与下锥体外锥面配合接触，上护肩另一端内部设置有内凹曲面与所述主胶筒一端设置的外凸曲面匹配抵触，下护肩另一端内部设置有内凹曲面与主胶筒另一端设置的外凸曲面匹配抵触。
进一步地，上锥体、中心管、下锥体和引鞋头的内部形成的用于套装坐封拉杆的通道的直径大于或等于60mm。
较佳地，所述单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞适用匹配114.3mm、127mm及139.7mm套管。
较佳地，所述上锥体、下锥体和引鞋头均为易于钻磨的复合材料件。
本发明还提供一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞坐封方法，用于油气井封堵，包括如下步骤。
步骤一，将所述坐封拉杆通过所述丢手销钉与所述引鞋头固定，丢手销钉通过螺纹与引鞋头连接，并与坐封拉杆上的定位孔相配合。将坐封工具与坐封拉杆一端的螺纹连接，将坐封工具上的坐封推筒端面对准所述上锥体的上端面并使其相接触，从而实现桥塞与坐封工具的连接。
步骤二，通过电缆或连续油管将所述单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞下放至套管中的预定位置。
步骤三，利用电缆点火或者连续油管打压启动所述坐封工具，从而使所述坐封推筒挤压所述上锥体端面，当挤压力达到上锥体剪切销钉剪切值时，销钉被剪断，上锥体移动并挤压所述胶筒组件，封隔桥塞与套管之间的环空，所述坐封拉杆带动所述引鞋头一起运动并剪切所述下锥体剪切销钉，所述单向整体卡瓦受到下锥体与引鞋头的挤压而破裂，从而实现桥塞的锚定。
步骤四，在所述坐封推筒的继续挤压作用下所述丢手销钉被剪断，从而断开了所述坐封拉杆与所述引鞋头之间的固定连接，使所述坐封工具与桥塞分离。
步骤五，将与所述单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞分离的所述坐封工具提出地面，向井筒中投入所述可溶性压裂球至所述上锥体一端的内凹锥面上完成坐封，随后进行压裂施工。
步骤六，压裂施工结束后，所述可溶性压裂球可在电解质溶液或含有氯根离子的地层流体的作用下自行溶解，除此之外，如使用高分子可降解材质的可溶性压裂球，其在一定的温度条件下可自行降解。
本发明的结构合理，使用方便，在无需钻磨的前提下可以实现油气井的生产作业，避免了钻磨桥塞所带来的施工周期长，作业成本高，施工风险大等问题，并且桥塞所提供的大直径通道在满足油气井后期生产的同时还方便进行各类井下作业。由于采用了易于钻磨的复合材料，在有钻磨桥塞的需求时，也可以很方便的将其钻磨掉。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是为本发明所提供一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞的具体实施例的结构示意图；
图2是为本发明所提供一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞的具体实施例中坐封后的结构示意图；
图3是为本发明所提供一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞的具体实施例中单向整体卡瓦的结构示意图；
图4是为本发明所提供一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞的具体实施例中引鞋头的结构示意图；
图5是为本发明所提供一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞的具体实施例中上锥体的结构示意图。
其中：1.坐封拉杆，2.上锥体，3.上锥体剪切销钉，4.上棘齿环，5.中心管，6.上护肩，7.主胶筒，8.下护肩，9.下锥体，10.下锥体剪切销钉，11.下棘齿环，12.单向整体卡瓦，13.引鞋头，14.丢手销钉，15.套管，16.坐封推筒，17.可溶性压裂球。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：本实施例提供一种单卡瓦大通径免钻磨复合桥塞，如图1所示，包括坐封拉杆1、上锥体2、中心管5、下锥体9、单向整体卡瓦12、引鞋头13和胶筒组件，其中，坐封拉杆1为类似中空的杆状件，其中一端的环向开有均布的孔并通过丢手销钉14与引鞋头13固定，另一端设置有连接螺纹可与桥塞坐封工具连接，上锥体2一端通过上锥体剪切销钉3固定套接在中心管5一端的外侧且内侧安装匹配有上棘齿环4；上锥体2的另一端的端面用于与坐封工具中的坐封推筒16相接触，坐封推筒16将挤压力通过上锥体2传递给桥塞其它部件，实现坐封。该上锥体2与坐封推筒16的接触端面上有用于与其它桥塞的引鞋头13进行卡接的结构，参考图4～图5，可防止桥塞钻磨时引鞋头13转动。
进一步地，上棘齿环4的外侧设置有三角螺纹，上锥体2上设置有与上棘齿环4相匹配的内螺纹，上棘齿环4可旋入安装至上锥体2中，上棘齿环4限制了上锥体2只能沿着中心管5的轴线方向单向运动，可将作用于胶筒组件的挤压力锁住，保证了密封效果。
进一步地，中心管5为轴向中空结构，其特点是内径和外径均较大，为保证强度采用可钻金属材质，中心管5与上接头2套接的一端外侧设置有单向棘齿，中心管5另一端外侧设置有连接螺纹可与下锥体9连接。
进一步地，上护肩6、主胶筒7和下护肩8依次套装在中心管5的外壁上，主胶筒7为套筒类部件，两端面均为外锥面，上护肩6和下护肩8两端均设置有内凹锥面，其中一端的内锥面与主胶筒7的外锥面配合接触，另一端的内锥面分别与上锥体2与下锥体9的外锥面配合接触，上护肩6与下护肩8均为塑性材料。
具体地，上护肩6与下护肩8可以防止主胶筒7在挤压力的作用下一部分橡胶变形多大被挤入桥塞与套管之间的环空中，在对主胶筒7起到很好的支撑及保护作用的同时，也加强了密封效果。
可选地，胶筒内壁上具有环形凹槽，当胶筒受到轴向挤压力后，可以有助于沿径向膨胀。
进一步地，下锥体9为两端带外锥面的轴向中空结构，一端的外锥面与下护肩8的内锥面配合接触且外锥面内侧设置有连接螺纹可与中心管5连接；另一端的外锥面与单向整体卡瓦12的内锥面配合接触且内侧安装匹配有下棘齿环11。
进一步地，引鞋头13，参考图4，通过下锥体剪切销钉10固定套接在下锥体9安装有下棘齿环11的一端，引鞋头13与下锥体9套接的一端外侧设置有单向棘齿，引鞋头13与坐封拉杆1连接端的环向开有均布的安装孔用于安装丢手销钉14，引鞋头13上设有抵触部，单向整体卡瓦12安装于抵触部与下锥体9之间。
进一步地，下棘齿环11的外侧设置有三角螺纹，下锥体9上设置有与下棘齿环11相匹配的内螺纹，下棘齿环11可旋入安装至下锥体9中，下棘齿环11限制了下锥体9只能沿着引鞋头13的轴线方向单向运动，可将作用于单向整体卡瓦12的挤压力锁住，保证了桥塞的锚定可靠性。
可选地，引鞋头13内侧具有阶梯结构，该台阶面与坐封拉杆1的端面相接触，用于限制坐封拉杆1的位置。
进一步地，可溶性压裂球17由镁铝合金、水溶性二元酸以及二元醇聚合而成的热塑性聚合物制成，可被电解质溶液溶解；或使用可降解高分子材料制成，在一定温度条件下可自行降解而无需注入电解质溶液。
进一步地，单向整体卡瓦12外表面沿轴向设有均匀分布的应力集中槽，卡瓦在受到挤压时按照预定形式破裂，确保破裂后的每一块卡瓦受力均匀；单向整体卡瓦12上的内锥面确保了卡瓦破裂之后能够向外撑开。
进一步地，上锥体剪切销钉3与下锥体剪切销钉10确保了桥塞在下入过程中的安全，避免中途坐封，上锥体剪切销钉3的总剪切力与下锥体剪切销钉10的总剪切力均小于丢手销钉14的总剪切力，避免在坐封过程中桥塞提前丢手。
进一步地，引鞋头13上设置了多个用于安装丢手销钉14的销钉孔，可以很方便的通过增加或减少丢手销钉的数量来调节丢手拉力。
进一步地，上锥体2、中心管5、下锥体9和引鞋头13的内部形成的用于套装坐封拉杆1的通道的直径大于或等于60mm。
实施例2：一种大通径复合桥塞的坐封方法，具体步骤包括：
步骤一，将坐封拉杆1通过丢手销钉14与引鞋头13固定，将坐封工具与坐封拉杆1一端的螺纹连接，将坐封工具上的坐封推筒16端面对准上锥体2并使其接触，实现单卡瓦大通径复合桥塞与坐封工具的连接。
步骤二，通过电缆或连续油管将单卡瓦大通径复合桥塞下放至套管中的预定位置。
步骤三，启动坐封工具，坐封推筒16挤压上锥体2端面，当挤压力达到上锥体剪切销钉3剪切值时，销钉被剪断，上锥体2移动并挤压胶筒组件，封隔单卡瓦大通径复合桥塞与套管的环空，坐封拉杆1带动引鞋头13一起运动并剪切下锥体剪切销钉10，单向整体卡瓦12受到下锥体9与引鞋头13的挤压而破裂，从而实现单卡瓦大通径复合桥塞的锚定。
步骤四，剪断丢手销钉14，断开坐封拉杆1与引鞋头13的固定连接，使坐封工具与单卡瓦大通径复合桥塞分离。
步骤五，将与单卡瓦大通径复合桥塞分离的坐封工具提出地面，向井筒中投入可溶性压裂球17至上锥体2一端的内凹锥面上，坐封完成，进行压裂施工。
步骤六，压裂施工结束后，可溶性压裂球17在注入的电解质溶液中或含有氯根离子的地层流体中自行溶解，如果使用可降解高分子材料的可溶性压裂球，则在一定温度条件下可自行降解无需注入电解质溶液。
工作原理：结合泵送桥塞压裂技术进行说明，在施工前进行必要的井筒准备，用合适尺寸的通井规通井，确保井筒内干净；使用油管传输射孔方式对第一段层位进行射孔，随后取出射孔枪并进行第一段压裂施工；将桥塞与电缆坐封工具在地面进行连接后与射击孔枪组成工具串一齐下入井中，当工具串到达水平段时开泵，利用合适的泵压与排量将工具串送至预定位置；通过电缆点火，电缆坐封工具将推力传递到坐封推筒16上，坐封推筒16下端面抵住上锥体2的上端面，同时坐封工具给予坐封拉杆1向上的拉力，坐封拉杆1通过丢手销钉14与引鞋头13连接；坐封推筒16带着上锥体2剪断上锥体剪切销钉3，上锥体2下行并带动上棘齿环4同时下行，上锥体2在下行的过程中，锥体部分向下挤压上护肩6、主胶筒7和下护肩8，由于存在锥度导致上护肩6与下护肩8在受到挤压的同时还向外进行扩张并紧贴在套管内壁上防止主胶筒7在受到挤压时一部分进入桥塞本体与套管15间隙行成肩突，坐封拉杆1带着引鞋头13剪断下锥体剪切销钉10，引鞋头13上行并挤压单向整体卡瓦12，当达到单向整体卡瓦12的破裂值后，单向整体卡瓦12沿着应力集中槽破裂，在下锥体9的挤压下向外移动，咬合套管15；当达到丢手销钉14的剪切值时，丢手销钉14被剪断，坐封工具与桥塞脱手，完成坐封，由于上棘齿环4和下棘齿环11的存在，保证了作用于主胶筒7与单向整体卡瓦12上的力不会因桥塞丢手而消失；桥塞坐封丢手之后，上提射孔枪至预定位置进行射孔；取出射孔枪与电缆坐封工具；当需要进行压裂时，投入可溶性压裂球17到达上锥体2的内锥面上，密封后进行压裂施工；压裂完成后可溶性压裂球17在一定时间之内溶解，从而形成供后续生产使用的通道。
以上对本发明所提供的一种大通径复合桥塞及其坐封方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。